【正文】 規(guī)律的主要原因有兩個(gè) :一是正弦速度規(guī)律打破了前兩種速度振動(dòng)規(guī)律結(jié)晶器和鑄坯之間有一定的速度關(guān)系的框架，重點(diǎn)發(fā)揮結(jié)晶器的脫模作用 。 圖 22 正弦和非正弦振動(dòng)規(guī)律 結(jié)晶器振動(dòng)的正弦速度規(guī)律曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： ??????? tffhv m 602s in100 0 ?? 式中 mv — 結(jié)晶器運(yùn)動(dòng)的速度 m/min h — 振動(dòng)沖程（倆倍振幅）， mm f — 振動(dòng)頻率， 1/min XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (畢業(yè)論文 ) 9 從圖 22中的曲線可以看出正弦速度規(guī)律的主要特點(diǎn)如下： 1)結(jié)晶器與鑄坯之間沒(méi)有同步運(yùn)動(dòng)階段，但結(jié)晶器仍然有一小段負(fù)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)，這有利于拉裂坯殼的“愈合”和粘結(jié)坯殼的脫模。因此速度與加速度的變化都很平穩(wěn)，這也使結(jié)晶器的振動(dòng)很平穩(wěn)。 4)結(jié)晶器正弦振動(dòng)規(guī)律是用偏心機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，采用偏心機(jī)構(gòu)比凸輪機(jī)構(gòu)具有加工制造容易、運(yùn)動(dòng)精度高、潤(rùn)滑密封方便、易于采用高頻振動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。它在方坯、板坯及薄板坯連鑄機(jī)上都有最廣泛的應(yīng)用。它是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新型振動(dòng)方式。較長(zhǎng)的正滑動(dòng)時(shí)間可增加保護(hù)渣的消耗量，有利于提高結(jié)晶器的潤(rùn)滑條件，減小拉坯阻力 。這些都有利于拉坯速度的提高，有利于連鑄生產(chǎn)效率的提高。振動(dòng) 的同 時(shí)要求提供結(jié)晶器潤(rùn)滑，兩者的共同作用是減小坯殼和結(jié)晶器壁間的摩擦力，以得到最好的表面質(zhì)量和防止粘結(jié)漏鋼的最佳安全性。早期的研究曾提出一個(gè)負(fù)滑脫期間保護(hù)渣流入量的模型，但是隨后的試驗(yàn)結(jié)果表明，保護(hù)渣消耗量是正滑脫時(shí)間的增函數(shù)，圖 23示出了保護(hù)渣消耗量與正滑脫時(shí)間的關(guān)系。對(duì)于增加保護(hù)XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (畢業(yè)論文 ) 10 渣消耗而言，正滑脫期間和負(fù)滑脫期間是振動(dòng)周期內(nèi)的兩個(gè)必不可少的過(guò)程 :正滑脫期間，結(jié)晶器相對(duì)坯殼向上運(yùn)動(dòng)，保護(hù)渣在結(jié)晶器鋼水彎月面處形成的渣圈上移，液渣由鋼液面向彎月面流動(dòng)的通道被“打開(kāi)”，促進(jìn)了液渣彎月面附近流動(dòng)和聚集，由于摩擦力作用液態(tài)渣的一部分被“拔出” 。結(jié)晶器周期性振動(dòng)的結(jié)果，導(dǎo)致液渣在 彎月面處的流動(dòng)、聚集以及向結(jié)晶器和坯殼間填充的重復(fù)進(jìn)行，從而改善了結(jié)晶器的潤(rùn)滑狀況。當(dāng)液渣供應(yīng)成為限制性環(huán)節(jié)時(shí)，則正滑脫時(shí)間反映振動(dòng)參數(shù)對(duì) 保護(hù)渣消耗的影響。 ； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。但是，上式中變量缺少了振幅 s的影響，仍不能對(duì)結(jié)晶器振動(dòng)的影響作出滿 . 結(jié)晶器的振動(dòng)有利于鑄坯的脫模，可以提高拉坯速度，實(shí)現(xiàn)更高的效率，同樣由十脫模過(guò)程中凝殼與結(jié)晶器壁之間的摩擦，產(chǎn)生振痕，帶來(lái)產(chǎn)品質(zhì)量的不良效果。 基于目前國(guó)內(nèi)鋼鐵廠家多數(shù)采用保護(hù)渣作為潤(rùn)滑介質(zhì)，我們重點(diǎn)看一保護(hù)渣潤(rùn)滑時(shí)候結(jié)晶器壁和坯殼之間的情況。結(jié)晶器中摩擦力產(chǎn)生的機(jī)理有兩種。 用下式來(lái)表示其大小 : LcmL dvvf /)( ?? ? XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (畢業(yè)論文 ) 12 當(dāng)結(jié)晶器壁和固態(tài)保護(hù)渣 之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，這種固體與固體接觸產(chǎn)生的摩擦力稱為“固體摩擦力”，用如下的式子來(lái)表示 : Hf ss ??? 對(duì)于從彎月面到結(jié)晶器出口的各個(gè)位置，根據(jù)操作條件 (鑄造速度、結(jié) 晶器振動(dòng)條件、保護(hù)渣物性 )計(jì)算固體摩擦力和液體摩擦力的大小，據(jù)此來(lái)判斷是液體潤(rùn)滑還是固體潤(rùn)滑起支配作用。 結(jié)晶器中摩擦力的分布 根據(jù)結(jié)晶器潤(rùn)滑機(jī)理可以把液體摩擦力和固體摩擦力作為彎月面某一距離的函數(shù)來(lái)計(jì)算。 液體摩擦力的最大值 (曲線 A和 B)呈現(xiàn)十振動(dòng)周期內(nèi)最大相對(duì)速度的時(shí)候，如圖 22中的兩條曲線。負(fù)滑動(dòng)期間的相對(duì)速度比正滑動(dòng)期間的小，因此負(fù)滑動(dòng)期間的液體的摩擦 力絕對(duì)值較小。 由圖 25可以看出液體潤(rùn)滑在結(jié)晶器上部起支配作用，在結(jié)晶器下部固體摩擦力比最大的液體摩擦力要小，因此在該部位固體潤(rùn)滑起支配作用。基于智能控制的基本思想，改進(jìn)控制方法，滿足連鑄工藝對(duì)跟蹤正弦給定振動(dòng)波形的要求，有效抑制 非對(duì)稱負(fù)載造成的靜差，并提高系統(tǒng)的相頻寬。它與傳統(tǒng)的“模鑄開(kāi)坯”工藝相比，具有明顯優(yōu)勢(shì)。結(jié)晶器及其激振系統(tǒng)是連鑄機(jī)中的重要組成部分。 為此，需要通過(guò)一個(gè)振動(dòng)機(jī)構(gòu)使結(jié)晶器 按一定的規(guī)律振動(dòng)，既激振系統(tǒng)。本研究采用電液伺服結(jié)晶器激振系統(tǒng)，可以方便地產(chǎn)生各種振動(dòng)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程監(jiān)督、實(shí)時(shí)顯示并根據(jù)拉坯速度實(shí)時(shí)修改振動(dòng)參數(shù)，提高連鑄坯質(zhì)量和提高金屬收得率，從而實(shí)現(xiàn)連鑄過(guò)程的自動(dòng)化。 已知條件：結(jié)晶器的斷面尺寸： 150X150 （毫米毫米） 拉坯速度： 4~ 米 /分鐘 結(jié)晶器的振動(dòng)波形：正弦波： 3毫米 結(jié)晶器的重量： 5噸 結(jié)晶器振動(dòng)裝置是連鑄機(jī)及軋鋼機(jī)械的關(guān)鍵設(shè)備，使連鑄生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。結(jié)晶器振動(dòng)裝置的振動(dòng)動(dòng)作一般是由電機(jī)、連桿、偏心輪等實(shí)現(xiàn)的。 目前結(jié)晶器振動(dòng)裝置的形式主要有差動(dòng)式振動(dòng)機(jī)構(gòu)、雙搖桿式振動(dòng)機(jī)構(gòu)、四偏心輪式振動(dòng)機(jī)構(gòu)、液壓伺服式振動(dòng)機(jī)構(gòu)等。 XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (畢業(yè)論文 ) 15 弧形連續(xù)鑄鋼設(shè)備 連鑄機(jī)上主要有澆鑄設(shè)備、結(jié)晶器及其振動(dòng)設(shè)備、二冷段、拉矯裝置等。結(jié)晶器及其振動(dòng)裝置是通過(guò)振動(dòng)裝置的振動(dòng)使鋼水和具有一定坯殼的鑄坯與結(jié) 晶器連續(xù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)澆鑄。其中最具有代表性的是：差動(dòng)式振動(dòng)機(jī)構(gòu)、雙搖桿式振動(dòng)機(jī)構(gòu)、四偏心輪式振動(dòng)機(jī)構(gòu)。 結(jié)晶器固定在由彈簧支撐的振動(dòng)框架上，由凸輪或是偏心輪強(qiáng)迫框架下降，彈簧反力使其上升，它沒(méi)有一般振動(dòng)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)臂，而是用一組齒輪和齒條來(lái)代替。節(jié)圓半徑不等的 扇形齒輪又分與小齒輪裝在同一根軸上。因而可是結(jié)晶器產(chǎn)生所要求的弧線振動(dòng)。它是通過(guò)選擇適當(dāng)尺寸的兩個(gè)搖桿，使其在某一個(gè)瞬時(shí)的運(yùn)動(dòng)是繞曲率半徑中心 O點(diǎn)得圓弧線運(yùn)動(dòng)。既然有瞬時(shí)性，因此雙搖桿所實(shí)現(xiàn)的圓弧振動(dòng)也是一個(gè)近似的圓弧軌跡。但由于結(jié)晶器的振幅與圓弧半徑相比很小，因此，瞬心位置變化所造成的運(yùn)動(dòng)誤差在理論上是很小的，一般在圓弧各點(diǎn)振動(dòng)軌跡的誤差不大于 。所以ad(a`d`)bc(b`c`).R稱為大圓弧半徑，如圖示，它是目前廣泛應(yīng)用的外弧雙短臂和內(nèi)弧雙短臂振動(dòng)機(jī)構(gòu)。采用后者時(shí)，則應(yīng)該把 b`點(diǎn)和c`點(diǎn)做固定的鉸點(diǎn)以 實(shí)現(xiàn)所要求的振動(dòng)軌跡。其設(shè)計(jì)原理與我國(guó)的差動(dòng)齒輪相似，圖示是四偏心式振動(dòng)機(jī)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例。結(jié)晶器的弧線運(yùn)動(dòng)是利用兩隊(duì)偏心輪距不同的偏心輪機(jī)連桿機(jī)構(gòu)而產(chǎn)生的。板式彈簧使結(jié)晶器只做弧線擺動(dòng)，而不能產(chǎn)生前后左右的晃動(dòng)。振動(dòng)臺(tái)架 采用鋼結(jié)構(gòu)件，更換迅速方便。其缺點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)零件較多，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。為克服上述困難，盧森堡 PW公司開(kāi)發(fā)了一種采用本體振動(dòng)式的新型方坯結(jié)晶器。因而具有振動(dòng)質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修費(fèi)用低等特點(diǎn)。為安全起見(jiàn)，采用水油混合物作為工作介質(zhì)。 XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (畢業(yè)論文 ) 18 本體振動(dòng)式方坯結(jié)晶器 此種液壓振動(dòng)裝置主要由兩個(gè)液壓振動(dòng)單元組成。機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、緊湊 ，便于布置。振動(dòng)裝置本身更換便捷，只需拆除結(jié)晶器即可獨(dú)立更換內(nèi)弧或外弧振動(dòng)單元，結(jié)晶器安裝后，冷卻水路自動(dòng)接通，無(wú)需人工接管。由于采用偏心機(jī)構(gòu)使機(jī)械動(dòng)作更加簡(jiǎn)便，故結(jié)晶器正 弦振動(dòng)得到了發(fā)展，并不斷地對(duì)其振動(dòng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)高頻振動(dòng)以改善鑄坯表面質(zhì)量 。對(duì)于改善鑄坯表面質(zhì)量，提高拉坯速度，液壓振動(dòng)技術(shù)將以其突出的優(yōu)越性在連鑄生產(chǎn)中獲得廣泛地應(yīng)用。和傳統(tǒng)的結(jié)晶器振動(dòng)裝置相比，電液伺服驅(qū)動(dòng)的連鑄機(jī)結(jié)晶器振動(dòng)裝置可以很方便地產(chǎn)生各種振動(dòng)規(guī)律、實(shí)現(xiàn)連鑄過(guò)程監(jiān)督、實(shí)時(shí)顯示振動(dòng)波形并可根據(jù)拉坯速度實(shí)時(shí)修改振動(dòng)參數(shù)、布置方便和可很方便地實(shí)現(xiàn)多連鑄機(jī)共用泵站節(jié)能及群控等優(yōu)點(diǎn)。為了滿足連鑄工藝對(duì)跟蹤非正弦給定振動(dòng)波形的要求，結(jié)合結(jié)晶器電液伺服振動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，基于智能控制的基本思想對(duì)一些控 制方法進(jìn)行了有機(jī)組合，有效地抑制了非對(duì)稱負(fù)載造成的靜差并提高了系統(tǒng)的相頻寬在小方坯連鑄機(jī)上的試驗(yàn)表明了所開(kāi)發(fā)的結(jié)晶器電液伺服振動(dòng)裝置及其計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以滿足連鑄工藝的要 求，達(dá)到了提高連鑄自動(dòng)化水平的目的。相應(yīng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)方塊圖如圖 36示。利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生各種指令信號(hào) (期望振動(dòng)規(guī)律 )，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)目刂坡墒瓜到y(tǒng)槍出跟蹤指令信號(hào)從而獲得所要求的振振動(dòng)規(guī)律。利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生各種指令信號(hào)，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)目刂坡墒瓜到y(tǒng)輸出 跟蹤指令信號(hào)從而獲得所要求的振動(dòng)規(guī)律。液壓動(dòng)力站的信號(hào)有主站室內(nèi)的計(jì)算機(jī)通過(guò) PLC系統(tǒng)來(lái)控制，液壓振動(dòng)的核心控制裝置為振動(dòng)伺服閥。為此，要在系統(tǒng)中設(shè)置蓄能器以吸收各類波動(dòng)和沖擊，以保證整個(gè)系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。曲線生成器通過(guò)液壓缸傳來(lái)的壓力信號(hào)和位置反饋信號(hào)來(lái)修正振幅和頻率。只要改變曲線生成器即可改變振動(dòng)波形、振幅和頻率。在軟件編程中，同時(shí)還設(shè)置多種報(bào)警和保護(hù)措施以避免重大事故的發(fā)生。 XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (畢業(yè)論文 ) 22 第四章 結(jié)晶器正弦振動(dòng)的參數(shù)分析 負(fù)滑脫 量計(jì)算 在結(jié)晶器下振速度大于拉坯速度時(shí)，稱為“負(fù)滑脫”。 v拉 拉坯速度， 。正玄振動(dòng)的 ? 選 30%～ 40%時(shí)效果較好。則由公式： m a x 100%vvv? ???拉拉 可得出結(jié)晶器的最大振動(dòng)速 maxv 為： maxv =v拉 ?（ 1+? ）則 maxv =?（ 1+30%） = 頻率與周期 結(jié)晶器上下振動(dòng)一次的時(shí)間稱為振動(dòng)周期 T，單位 s。求解頻率的公式為： m a x2vf ?? ? 式中 f 結(jié)晶器振動(dòng)頻率 ? 振幅， 3mm maxv 結(jié)晶器振動(dòng)的最大速度， XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (畢業(yè)論文 ) 23 22 ??? ??? T故 35 .2 / m i n2 3 1 0mf m? ?? ??= /min= /s 圓頻 率 結(jié)晶器的運(yùn)動(dòng)速度和加速度 結(jié)晶器振動(dòng)裝置的速度的大小方向是隨時(shí)間的變化而變化的，由于結(jié)晶器是按正弦曲線規(guī)律振動(dòng)的，若結(jié)晶器運(yùn)動(dòng)時(shí)間為 t(s)，則振動(dòng)結(jié)晶器任一瞬間的運(yùn)動(dòng)速度 mv 可由下式求出： max sinmv v wt? 可知，結(jié)晶器的運(yùn)動(dòng)速度是按正弦規(guī)律變化的 當(dāng) wt =0， t=0時(shí)， mv =0； wt =4? ， t=8T =， mv =?sin4? =，方向向下； wt =2? , t=， mv =,振動(dòng)速度達(dá)到最大值； wt =34? , t=， mv =。準(zhǔn)備向上振動(dòng)； wt =54? ， t=， mv =– m/min,方向向上； wt =32? ， t= ， mv =– ； wt =74? ， t=， mv =– m/min； wt =2? ， t=， mv =0。 wt =? , t=， a =； wt =54? ， t=， a =– ,； wt =32? ， t= ， a =0m/s； wt =74? ， t=， a =； wt =2? ， t=， a =。 負(fù)滑脫時(shí)間的確定 當(dāng)結(jié)晶器下振動(dòng)的速度大于拉坯速度時(shí)就出現(xiàn)負(fù)滑脫，在本設(shè)計(jì)中拉坯速度v拉 =，設(shè)開(kāi)始出現(xiàn)負(fù)滑脫的時(shí)間 1t ，則有 t?? 則 St T 0 2 7 r c s in1 ?? ?? 負(fù)滑脫總時(shí)間 12 ( )4f Ttt?? )(2 ??? = XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (畢業(yè)論文 ) 25 結(jié)晶器的位置、速度曲線和鑄流速度曲線（從結(jié)晶器的最高位置開(kāi)始）如下圖所示： 曲線3曲線2曲線1下降上 升 圖中，曲線 1表 示結(jié)晶器位置；曲線 2表示結(jié)晶器的速度；曲線 3表示鑄流速度； ft表示負(fù)滑脫時(shí)間。 位置 5：結(jié)晶器速度 =0，鑄流速度 =拉坯速度 =，結(jié)晶器處于最低位置； 位置 6：結(jié)晶器速度向上加速到 ，鑄流速度 =拉坯速度 =4m/min，二者等質(zhì)反向； 位置 7：結(jié)晶器向上加速到最大值 ，鑄流速度 =拉速 =，二者相對(duì)速度最大。 從總的情況看：正玄振動(dòng)方式采用高頻率、小振幅、較大的負(fù)滑脫量的振動(dòng)較為有利。 中間截面校核 抗彎截面系數(shù) 33 m4250854. 9m3490 . 1W ??? 抗扭截面系數(shù) 33T 0 2 3 6 0 33490 .2W ??? 彎曲應(yīng)力幅 3 .5 M p aζ 3 ??? ? 受彎矩作用時(shí)的安全系數(shù) 式中 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 －彎曲疲勞極限 ,取 320Mpaζ 1 ?? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 －彎曲應(yīng)力幅 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 －絕對(duì)尺寸系數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 －彎曲平均應(yīng)力 ? ? ????? ???